烟气分析仪现场测不准的两大症结

烟气分析仪现场测不准的两大症结

摘要：电化学类烟气分析仪的测试读数与采气流速呈“正相关”，凡是做不到“现场采气流速＝实验室标定流速”的分析仪，都不能保证现场测试准确性！不幸的是，纵观国内外此类仪器，大都做不到这一点

采用“定电位电解法”（电化学传感器）设计的烟气分析仪，不论是国产仪器，还是国外进口仪器，在使用过程中经常碰到“测不准”问题，即：在实验室测试标准气体是好的，到了现场却测不准。而这一问题，在实际使用中难以暴露。因为实验室的标气浓度是已知的，而现场烟气待测的某种气体浓度是未知的。测出的示值究竟是准确、还是偏高或偏低，在没有其它方法作对比的情况下，不得而知。

在笔者多次作现场跟踪测试对比的基础上，结合理论分析，发现影响现场测试准确性的两大症结。这两大症结，都是与仪器现场采气流速直接相关的！

其一，烟道正压使采气流速增大，烟道负压使采气流速降低；

其二，烟尘堵塞使采气流速降低。

这两个影响测试的因素，在实验室是难以模拟的：实验室提供的是正压气体（无气袋过渡）或零压气体（气袋过渡），而烟道内烟气，不是正压，就是负压；而且往往忽大忽小。极端情况下，有些烟道还存在很大的负压（如宝钢烧结机头负压=20kPa）。实验室的标气纯净而无灰尘，而现场烟气往往存在浓度不一的灰尘，总会程度不一地堵塞滤尘材料，增大采气管路阻力。

国家环保总局HJ/T 57-2000标准特别强调：“采气流速的变化直接影响仪器的测试读数”。国家环境监测总站《火力发电业建设项目竣工环境保护验收监测技术规范》中也写道：“定电位电解法监测仪器对采样流量要求甚严，监测数据的显示与采样流量的变化成正比，当仪器采样流量减小时（例如烟道负压大于仪器抗负压能力），监测数据明显变小。在使用时为了减少测定误差，仪器的工作流量应与标定（校准）时的流量相等”。

为什么采气流速的变化直接影响仪器的测试读数？

这是因为，电化学传感器对流速变化极为敏感。

电化学类烟气分析仪的基本工作原理是：通过采样枪从烟道抽取烟气，经冷凝脱水后，匀速流经各个电化学传感器。传感器将所感受的不同气体成分的浓度转换为相应大小的电信号。以二氧化硫为例：

烟气中二氧化硫（SO2）扩散通过传感器渗透膜，进入电解槽，在恒电位工作电极上发生氧化反应：

由此产生极限扩散电流i，在一定范围内，其电流大小与二氧化硫浓度成正比，即：

在规定工作条件下，电子转移数Z、法拉第常数F、扩散面积S、扩散系数D和扩散层厚度δ均为常数，所以二氧化硫浓度C可由极限电流i来测定。

对极限电流i进行放大、模数转换后，送交单片计算机处理。

需指明的是：电子转移数Z与流经传感器的流速V呈“正相关”关系，因此极限电流的大小，也与流速V呈“正相关”。国家环保总局HJ/T57-2000标准特别强调：“采气流速的变化直接影响仪器的测试读数”。

在实验室，将已知浓度C的标准气按恒定流速V抽送到传感器，测得输出电流I1，按下式计算出比例系数k并存储在仪器内。

在现场，将未知浓度的烟道气按在实验室相等的流速V抽送到传感器，测得输出电流I2。则烟道气浓度: x＝k*I2 单片计算机按内定的时间间隔（一般为1秒）采集并计算、显示浓度值，然后按用户预置的“采样时段”计算、存储平均值及相关数据。

正因为如此，仪器在实验室标定校准之后，现场测试可能出现以下三种情况：

烟道正压，使采气流速增大，导致示值偏大；

烟道负压，使采气流速降低，导致示值偏小。

烟尘堵塞滤尘材料，增大采气管路阻力，导致示值偏小。

如何应对这些在实验室难以模拟的实际情况呢？

针对国内测试现场负压居多的情况，不少国外仪器增大了抽气泵的马力，并在宣传材料上强调“大功率泵”、“抗负压xxkPa”。例如某德国公司在新推出的系列烟气分析仪中反复强调这一“特点”：

在产品1介绍中强调：“大功率采样气泵，高负压场合下正常工作”；

在产品2介绍中强调：“配备大功率采样气泵，胜任大负压的烟气采样”；

在产品3介绍中则描述：“抽力强劲，内置两个大功率气泵，极限真空度可达-60kPa，烟道负压为-15kPa时仍能正常工作”、“反应迅速，大功率抽气泵抽气，确保传感器接触充分的烟气，提高反应速度”。

国内同类仪器也有效仿。在一些烟气分析仪招标公告里，有些还做特别描述。例如某标书写到：“……烟气分析仪主要配置：须配有高性能直流抽气泵(当阻力为20kPa，仍可达到0.7升／分)，……”可见，采购者已经意识到“抗负压”问题。殊不知，在烟气检测领域，“抗负压xxkPa”是一个似是而非的指标！加大泵抽力，可以保证在“xxkPa负压”下还能抽出烟气，但抽气的流速却大大低于同等情况下在实验室标定时的流速！这一措施仅能避免抽不出气，仍然改变不了“负压降低采气流速”的问题。因此，不管你是大功率泵，还是小功率泵，只要烟道有负压，检测示值一定偏低。其实，采气流速不在乎大、也不在乎小，关键是现场采气流速＝实验室标定流速！换句话说，只要你现场采气流速不等于实验室标定流速，测试示值肯定不准。